液压式组合建筑机械机械部分设计.docx
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液压式组合建筑机械机械部分设计
1钢筋切削机构的设计
1.1切断力的计算
根据《钢筋及预应力机械应用技术》P52中提供的计算公式，
钢筋切断力
（N）（1.1.1）
式中d----钢筋直径mm
----材料抗剪切极限强度N/
在《建筑施工技术》一书中可查：
钢筋混凝土结构中所用的钢筋按其轧制外形分光面和螺纹钢筋，按生产工艺分热轧，冷拔，冷拉，热处理，碳素钢丝，刻纹钢丝和钢绞线等，按强度分五个等级，I—IV为热轧钢筋，V级111111111为热处理钢筋，按直径分：
直径3—5称钢丝，6—12称细钢筋，大于12mm称粗钢筋。
在建筑中混凝土用钢筋查《最新实用金属材料手册》可知其光面钢筋：
用作销钉，圈簧，构件接头和支撑杆，其材料为ASTMA615，螺纹钢筋与混凝土共用提供抗拉强度或抗压强度，ASTMA706。
钢筋混凝土用热轧带肋钢筋（螺纹钢筋）的直径，截面积，公称重量如表1-1。
表1-1热轧带肋钢筋的尺寸及公称重量：
（GB1499—91）
钢筋公称直径
（mm）
横截面面积（
）
公称重量kg/m
8
50．27
0．395
10
78．54
0．617
12
113．1
0．888
14
153．9
1．21
16
201．1
1．58
18
254．5
2．00
20
314．2
2．47
22
380．1
2．98
25
490．9
3．85
28
615．8
4．83
30
706.5
5.55
32
804．2
6．31
36
1018
7．99
40
1257
9．87
50
1964
15．42
工程上最常用的光圆钢筋为HPB235级钢筋，最常用的带肋钢筋为HRB500牌号的钢筋III级钢筋。
查资料知钢筋的力学性能如下表：
表1-2热轧钢筋的机械性能（GB1499—84）：
级别
钢号
直径
屈服点
抗拉强度
伸长率
外形
牌号
I
光圆钢筋
A3
8~25
235
370
25
AY3
28~50
II
变形钢筋
20MnLi
8~25
335
510
16
20MnNb
28~50
315
490
16
III
25MnSi
8~40
375
570
14
IV
40Si2MnVi
10~25
540
835
10
40Si2MnVi
28~32
表1-3热轧带肋力学性能：
牌号
HRB335
335
490
16
HRB400
400
570
14
HRB500
500
630
12
HPB235（光圆）
235
370
25
试验表明，一般情况下材料的许用切应力与许用拉应力之间关系为剪切应力
塑性材料
=（0.6~0.8）
脆性材料
=（0.8~1.0）
为钢材拉应力
对于钢材销钉许用承压应力
=（1.7~2）
查金属材料的力学性能，本设计中采用建筑中钢筋材料为HRB500的钢筋，直径为30mm，它的
不小于630Mpa，暂取为630Mpa，其未退火状态下抗剪强度
为310~380Mpa，本次设计取
=0.6*630=378Mpa，根据钢筋公称尺码，参照本设计的要求知钢筋切断机选取切断钢筋最大直径为30mm，有以上表可得其公称面积为706.5mm2。
钢筋切断力Q为
Q=A
=706.5×0.6×630=267.057KN
1.2刀具的设计
在施工工地常用的钢筋切断方法是：
先用钢筋切断机按要求长度（放出二次加工量）将钢筋切断，然后在砂轮上进行二次加工。
这种钢筋切断方法作为滚压直螺纹的前一道工序有以下不足：
（1）二次加工延长了施工时间；
（2）多了一道工序，浪费了钢筋材料；
（3）砂轮高速旋转磨削产生热量，使钢筋断面因淬火而变硬；
（4）砂轮锯的噪音构成环境污染，不符合环保要求。
在钢筋切断机上使用常规切断刀片所切的钢筋截面是首先经过塑性变形后撕裂的，其刀片形状和钢筋端面形状如图示：
刀片形状图切断钢筋的截面形状
由上图可知，刀片切削部分形状与剪扳机所用的刀片切削部分形状相同，而剪板机上所剪钢板的断面与钢板平面是不垂直的，钢筋也是如此。
钢筋剪断后的形状线段1~2为钢筋塑性变形区，线段2~3为钢筋断裂区。
直线形的刀片刃口，不能限制钢筋在周向和轴向的塑性变形，钢筋断面不能与钢筋的轴线垂直。
因此，使用传统刀片所切断的钢筋，在滚压直螺纹前需要经过二次加工。
由于以上原因，在刀片刃口上开一个与钢筋外径的相似和所切断的钢筋断面形状如图：
由上图可以看在使用了带有园弧的刀片剪切钢筋时，其断面没有发生塑性变形，断面近似垂直于钢筋的轴线，因此滚压直螺纹前的整形工序就可省略，而且钢筋外园上的肋也被刀片的圆弧槽压平，这样剥肋所用的刀片的寿命也相应提高。
同时也可节约材料，这已经在北京国会大厦工地已经得到验证。
因此，在该设计中，采用该形状的刀具，不但符合施工要求，节省材料，同时又提高工效，还可以提高切断刀片的使用寿命。
具体如图示：
考虑到切断时力较大，因此把液压缸树直放置，活动刀片在下，让带有弧的刀片作为固定刀片固定在到刀架上，把液压缸固定在机箱底部的凸台上。
由于刀架在导轨内运动，可能会产生摩擦较大，因此使刀架伸出的轴的中心线正好处于导轨的的中心，同时把刀杆与液压缸的活塞杆用螺纹连接，并为活动连接，具体见装配图纸。
由于带园弧的固定刀片处于上部，如果没有一个支撑，被加工钢筋不会处于园弧之内，因此设计两个弹性支撑结构，该结构分布于切断机构前后两边，这样就可以让钢筋放在上面，以使钢筋切断处位于园弧底部，这样可以达到选用该刀具的目的，同时也减少切断时液压缸对整体机构的冲击力，从而达到最优效果。
刀片的使用关键在于刀片的固定，任何情况下刀片不得松动，一旦松动，后患无穷，刀片间隙变大或变小，变大时切断力加大，钢筋断面出现马蹄形；变小时容易引起刀片互相碰撞，毁坏刃口；更重要的是受力面容易遭到破坏，且极难修复，这种现象，施工现场屡见，因此刀片要经常紧固，间隙控制在0.5mm左右。
刀片应保证完整锋利，形状正确，一般前角为3度后角为12度，本设计中考虑到综合效果，采取了一定的前后角角度，具体见刀具零件图。
1.3刀具的固定和连接
本设计是通过把固定刀具固定在切断机架上，而活动刀具则是通过螺纹与切断缸连接的，活动刀具固定在刀杆上，让刀杆在导轨的作用下沿其切断钢筋，刀杆的螺纹连接的特点是：
刀具的导轨部分不会与切断机架上的导轨部分产生过分的摩擦，以至于避免铰死。
这部分螺纹的连接设计是让刀杆上的螺纹部分旋进切断缸的螺纹孔内，其内部为直径大于螺纹的光孔，这样就可以让两者有一定的活动余地，也就是说刀杆与切断缸的活塞是处于铰链连接状态，但是由于切断力很大，因此需要考虑使刀杆承受弯曲应力，这里使刀杆直径为45mm，经验证符合使用要求。
具体尺寸形状见装配图。
1.4作用在切断机构上力的计算与螺栓的校核
根据计算出的Q可以设计出切断缸的大小，该设计过程在液压设计部分给出，在此只使用其最后结果。
上面已经计算出Q=267.057KN，在该机构中用六个M20的螺栓固定在工作台面上，因此校核该螺栓的安全
性：
已知轴向力，
又因为
所以F2=F0+0.2F
由《机械设计》表5-6查得f=0.16,并取
=0.2则
0.8,取防滑系数Ks=1.2则各螺栓所需要的预紧力F0如下,同时由于该工作载荷不稳定,因此
（0.6~1.0）F,故
=0.6F+0.8F=1.4F=1.4*44.51=62.31KN
所以,F2=1.6F=71.216KN
选用螺栓材料为45钢,淬火并回火,性能等级为9.8级的螺栓，由《机械设计》表5-8查得材料的屈服极限
=720MPa，由表5-10查得安全系数S=1.3，故螺纹材料的许用应力[
]=
/S=720/1.3=538MPa
因此符合要求.
现在校核螺栓的预紧力,参考书中公5-2知,对螺栓的要求为
取下限为
要求的预紧力为
小于以上数值，因此该设计符合使用要求。
2弯曲部分设计
一般的钢筋弯曲机上的工作盘有9个孔，中心孔用来插入中心轴，周围的8个孔用来插入成型轴和轴套。
两侧的插座板各有6个孔，用来插入挡铁轴。
为便于移动钢筋，工作台面的两边还设有送料辊。
当作180度弯钩时，钢筋的圆弧弯曲直径应不小于钢筋直径的2.5倍，因此中心轴也相应的制成16~100mm的不同规格，以适应弯曲不同直径的钢筋的需要。
常用的弯曲机上往往在成型弧行及圆
形钢筋方面不能得心应手，特别是粗钢筋和钢管，因此有些机械厂已经对此不足进行了改造，如右图示：
显然这样的结构有些复杂，操作起来麻烦，虽然可以很好的满足使用要求。
本次设计的过程中参考了一些资料，综合他们的长处，同时加入了自己的一些观点，因此在结构上有了一些改进，具体设计如下：
（1）保留原有的钢筋弯曲设施，由于该设计的动力是液压动力，因此考虑到控制结构上，安装了行程开关。
（2）本设计中取消了另一个相同的插座板，设计成了用来加工钢管和粗钢筋的相似的插座板，用来插入导轮和压轮。
（3）同时在本设计中，由于工作圆盘要由液压马达驱动，因此考虑到工作圆盘不能与传动轴做成一体，同时采用了两个角接触轴承，用来增强传动轴的刚性。
（4）传动轴与工作圆盘用键连接。
角接触轴承处的轴向定位通过轴承套筒来固定，可以用加垫片的方法对轴承进行预紧。
（5）由于工作台面有40mm厚，因此在此处焊接了一块圆形钢板进行加强此处的强度。
（6）传动轴与液压马达的连接是通过在传动轴的端部打孔并作键槽，这样就可以和液压马达上伸出的轴以及上面的键进行配合，就可以传递动力使工作盘旋转。
2.1工作盘转速
由于该设计的动力为液压，因此只需用调速阀在使用中进行调速即可，在这里，工作盘的转速暂不考虑。
一般情况下，根据同类机械产品相比，机械式弯曲机主轴转速有3.7r/min,5/min,7.2r/min,8r/min,10r/min,14r/min,16r/min有七种，由于液压式的机械可以在工作中用液压调速阀进行调速，这样就相当于机械式的无级调速，但是那样的设计就非常复杂，这就是液压式机械的优点。
2.2作用在工作盘上的扭矩M
（N.cm）（2.2.1）
参
（1）
式中
----与钢筋截面有关的系数。
圆截面钢筋取
=1.5
----与钢筋材料有关的系数。
一般取0.63~0.71
d-----钢筋直径cm
r----弯曲半径cm
w---抗弯截面系数cm取w=0.1
----钢筋弯曲应力N/
对抗拉和抗压强度相等的材料（如碳钢），只要绝对值最大的应力不超过许用应力即可。
对抗拉和抗压不相等的材料（如铸铁）则拉和压的最大应力都不应超过各自的许用应力。
通过对材料力学行为的研究可知，表征塑性材料破坏的行为是屈服，表征脆性材料破坏的行为是断裂。
因此，塑性材料的屈服极限
和脆性材料的强度极限
分别被定义为两类材料的极限应力。
由钢筋材料为碳素钢Q235则
。
根据前面钢筋的性能，I级钢筋的弯曲直径为D=2.5
II级钢筋最小弯曲半径D=4
。
这里用I级钢筋的弯曲半径为r=1.25
则
2.3危险部位轴的直径
按强度条件
按刚度条件
选d=60mm
2.4传动轴处的键的设计与校核
键和轴的材料取45钢，由机设课本中表6-2查得
=100~120MPA，取其平均值为
=110MPA，选用半圆头平键（A型）轴的直径为D=60mm，从表6-1中查得键的截面尺寸为：
宽度为B=18mm,高度为h=11mm，有该结构并参考键的长度系列，最后取键长为L=20mm。
由书中平键连接强度计算公式计算如下：
，其中
为传递的转矩，
为键与轮毂键槽的接触高度
=0.5h，此处h为键的高度，
为键的工作长度，圆头平键l=L-b，平头平键l=L，单圆头平键l=L-b/2，这里L为公称长度，b为键的宽度，d为轴的直径。
由以上数据可得l=L-b/2=11mm，
，所以不符合要求，因此考虑用花键，由表6-3查得
=120~200，取其平均值为
=160MPA有计算公式
，式中
为载荷分配不均系数，Z为花键齿数，l为齿的工作长度，h为花键齿侧面的工作高度，矩形花键
，此处D为外花键的大径，
为内花键的小径，C为倒角尺寸，
为花键的平均直径，矩形花键，
，
为花键连接的许用挤压应力。
在此选用矩形花键规格为
，所以校核如下：
，所以该花键符合要求。
2.5工作盘及附件的选择和使用
2.5.1工作盘的设计原理
工作盘直径取D=400mm,其上一盘有9个孔，中心孔用来插心轴。
周围的8个孔用来插成型轴，由于钢筋放置在工作盘心轴和成型轴之间，弯曲机启动后，工作盘转动，钢筋一端被挡铁轴阻止自由活动。
而心轴的位置不变。
成型轴围绕着心轴作圆弧运动，那么成型轴迫使钢筋围绕着心轴弯曲。
钢筋成型后，停机再反转工作盘到原位，取下钢筋。
如此循环即可完成钢筋的弯曲工序。
如果需要，通过调整成型轴的位置。
即可将被加工的钢筋弯曲成所需的尺寸形状。
不同直径的钢筋其弯曲半径一般是不同的，为了弯曲各种直径钢筋，可在工作盘中间孔换装不同的心轴，并选择成型轴在工作盘上的位置和挡铁轴的位置即可。
同时由于液压马达可以正反转，因此此处的弯曲工作可以有两个方向。
往往工作盘的两侧为相同的插座板，在此，把两个相同的插座板设计成相似的，目的在于：
在另一侧可以用来加工粗钢筋，因此配套设计有压轮和导轮。
2.5.2心轴的使用
按规范规定，钢筋半圆弯钩的弯曲直径。
因此不同直径的钢筋的弯曲半径数值是不同的。
为了保证弯曲半径，必须选用不同直径的心轴。
与钢筋的尺码相对应。
本次设计的钢筋弯曲机附有直径为16.20.25.35.45.60.75.85.100（mm）9种规格的心轴。
如弯一根直径6mm钢筋的弯钩，弯曲半径是8mm。
那么可选择16mm的心轴。
而弯曲一根直径25mm赶紧的弯钩。
半径是31mm。
则可选择60mm的心轴，即心轴约为2倍的弯曲半径。
2.5.3成型轴的使用
为了在钢筋弯曲操作时，使弯曲部分的圆弧符合预定要求，就必须使钢筋紧贴在成型轴和心轴间。
成型孔和心孔的距离是一个定植。
因此成型轴至心轴的距离随着钢筋和心轴直径的变化而变化，成型轴如果只采用一个直径就不能适应这样的操作要求，为此可以在成型轴上加一个偏心轴套。
以调节心轴钢筋和成型轴三者之间的间隙。
例如，采用一个直径为105mm，偏心距为22mm的偏心套，成型轴和心轴间的距离就可适应44变化，并且钢筋取出放下也方便。
2.5.4挡板轴的使用
弯曲机工作中阻止钢筋随着成型轴旋转的附件就是挡铁轴其插在挡铁插块上。
挡铁轴可用一般心轴代替，其上有一个偏心轴套，便于钢筋弯曲时，钢筋和挡铁轴不发生摩擦。
而直接让偏心轴套环绕挡铁轴旋转。
2.5.5送料辊的使用
在钢筋的弯曲过程中，为了避免移动的钢筋与工作面过分摩擦，因而设计有送料辊，这样就避免了摩擦。
送料辊式有一根细轴制成，两边用滑动轴承固定在轴承座上，轴承座上的小孔用于诸如润滑油。
2.5.6钢筋挡架的使用
在弯曲钢筋时，如果单独采用挡铁轴，心轴和挡铁轴之间会发生向上拱曲现象，为使钢筋成型正确。
一般应采用钢筋挡架其挡板支撑杆是可调的。
当弯曲粗钢筋时，将挡杆缩短，弯曲细钢筋时，将杆调长，使挡架的挡板紧贴钢筋，当钢筋成型后，工作盘反转超过起始位置。
挡架的挡板钩能从挡柱体上滑落，使挡架离开工作盘，避免损坏设备，如下图：
图1.2挡架
2.5.7钢筋的弯曲成型
在建筑施工中常常采用一些新颖的结构形式，钢筋需要弯成相同的曲线形状，这可以在钢筋弯曲机上增加一些附件进行加工。
具体操作过程如上图，在钢筋弯曲机的工作盘上装有四个顶弯钢套，在工作盘的中间装有推动钢筋向前移动的十字架，挡架座上的左右两个钢套用于控制钢筋的弯曲率。
当弯曲钢筋时，工作盘反时针旋转，钢筋从右侧送进。
经过顶弯过程，钢筋从左侧出来，就为所要求的曲线形状。
2.5.8心轴与成型轴R的确定
为保证成型轴的强度，必须使
其中
为成型轴受力
为成型轴材料的许用压力。
已知心轴材料45钢调质，其屈服极限
取安全系数为2则
则
又
所以
取L=105mm
工作台d=400mm
2.5.9工作转盘上的心轴的校核
由材料力学中公式
，取
=80MPA
故该系列的挡销轴符合钢筋弯曲加工时的要求。
3套丝机构的设计
3.1套丝时切削力计算
此处省略 NNNNNNNNNNNN字。
如需要完整说明书和设计图纸等.请联系 扣扣：
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总结
通过分析设计任务书中对结构的要求，并进行了计算分析，最终合理布置了机器的各部分的装置。
由于该设计的机械是有液压提供的动力，因此就很大程度上改变了传统的传输机构，即省掉了变速箱。
液压机械一向就是体积小，重量不大，且价格容易被人接受。
因此，该机械在建筑领域的前景是很乐观的。
同时该机又将钢筋或钢管的弯曲切断和套丝三种作业设备合三为一，既减少了钢筋加工的设备数量,又节约了能源。
该机不仅可以进行对单根钢筋的切断和弯曲，加工效率是人工的4～6倍，并且这种机械在现在的市场上并不多见，因此在设计初始，感到有点无从下手，在经过查阅资料，请教老师和同学，终于有了一定的效果。
为实现各执行元件互不干涉，并实现机构紧凑，功能完整的目的，与一般常见的液压式机器相比，有很大的出入，本次设计把液压站放在机箱之外，原因是液压站尺寸大，这样就减轻了整机的重量，也缩小了尺寸。
切断时液压缸的活塞由下到上，减轻了机构对机架的压力，减少了工作台面上所占用的空间，给操作者留下了更大的活动范围，通过活塞推动活动刀座，带动活动刀具运动，实现切割目的。
弯曲工作台的合理布置，芯轴与成型轴的配对使用，这与以往的弯曲机械功能相同，不同之处在于两边的插座板功能各不相同，这样在加大了所弯曲半径的范围，增强了其功能的同时，也对较粗钢筋和钢管弯曲时提高了加工质量。
但是由于考虑的不周全，因此导致弯大角度的钢管或钢筋时用的成型轮在安装时必须安装在传动轴和工作盘的结合面处，这样导致了轴的强度的降低，并且不用此成型轮机构时，结合面处就有三个连接用的孔。
由于时间紧迫，这里就提供一个解决的方案，就是在不用时也在此处安装三个芯轴，同时又不能和一般弯钢筋用的成型轮相干涉。
由于在使用此成型轮机构时，轴向没有定位，因此在该成型轮的定位中心芯轴上端用一螺钉固定，下端的固定于一般弯钢筋用的成型轮的固定相同。
套丝部分的设计，由于缺乏一定的实际知识，导致了结构的复杂，因此在工作台面上有部分的空间为套丝结构所占用。
这次毕业设计是对四年来大学课程的总的检查与应用提高，通过这次毕业设计，不仅使我们加强学校学习与社会应用的联系，加快我们走上社会的步伐，更使我们了解到进行实地设计的过程，了解了其步骤。
当我们走上工作岗位时，我们能很快打开局面，因为我们已经对它熟悉了。
由于这次设计的课题为工程实际课题，关于这方面的资料不多，特别是图书馆关于这方面的资料很少，需要我们花费很大的精力去收集，并且，到现在还没有这方面的产品，没有见着实物，我们设计时有许多细节弄不明白，不知在现实中能不能实现，或者合不合理。
在这次毕业设计中，或多或少存在一些问题，希望老师给予指正。
本次的毕业设计无论在做事或是在学习上，都使我懂得了很多，在今后的工作和学习中将使我受益匪浅。
这次难忘的毕业设计也使我知道：
做每一件事，要么就不去做，否则就要做好。
致谢
经过了三个多月的努力，大学四年中最后一个教学环节——毕业设计终于完成了。
本片论文能够得以顺利完成，是我的指导老师邹景超老师给了我极大的帮助，邹老师的细心指导和开阔的视野，给我提供了极大的发挥空间，在设计之初，在邹老师的带领下，让我们深刻了解了书本学习的机械与现实社会上机械的异同点，感谢邹老师给我们这样学习的机会。
在毕业设计过程中发现错误的时候邹老师给我及时的指正；在遇到迷惑的时候邹老师给我许多良好的建议，从刚开始的不知如何下手到最后的顺利完成，邹老师治学严谨，学识渊博，在此我衷心的感谢老师给我的无私的帮助和指导，祝邹老师身体健康，事事顺心！
同时感谢与我同组的程昆鹏同学，在相互的探讨中，使我受益匪浅，在他的言语之中我也学到了一些新的知识，对课题有了更深层次的理解，这对本次的设计来说是相当重要的。
在合作过程中，与他融洽的相处为我提供了很好的设计氛围。
在此，我表示深深的感谢！
另外，感谢学院给予我这样一次机会，能够独立地完成一个相对完整的设计课题，在这个过程当中，给我们提供了各种方便，让我们在毕业前再温习一遍我们学习过的理论知识，同时结合社会实践，这对我们以后的参加工作有很大的帮助，在此我深深的感谢我的母校！
最后，我想对你们所有人说一声：
谢谢，你们辛苦了，是你们让我进步!
由于知识和经验的欠缺，本次设计一定还存在很多缺陷，希望各位老师能够批评指正，多提宝贵意见。
谢谢！
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